JP2018091712A - Sensor and sensor system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサ及びセンサシステムに関する。 The present invention relates to a sensor and a sensor system.
特許文献1には、電極と絶縁体との接触剥離時に電極に電荷が流れる素子が記載され、特許文献2には、電極と絶縁体との接触剥離時に電極に流れる電荷を電気信号源としたセンサが記載されている。
特許文献1、2に記載の構成においては、電極と絶縁体との剥離時に生じ電極に電荷が流れ、剥離時に絶縁体表面に残り電極と絶縁体との接触時に電極に電荷が流れる。このため、初めての接触動作または、剥離動作から次の接触動作までに時間間隔(以降、放置時間)が長いほど、絶縁体表面における電荷漏洩等により絶縁体表面の電荷量が減少する。この状態では接触時に電極に流れる電荷量が小さいため、立ち上がりの点で改善の余地がある。
本発明は、センサの出力の立ち上がりを向上することを、その目的とする。
In the configurations described in
An object of the present invention is to improve the rising of the output of a sensor.
本発明に係るセンサは、電極と、電極と対向した位置に離間して配置された絶縁体と、絶縁体における電極からの反対面に設けられた受圧部と、受圧部と異なる位置で絶縁体の一部を電極に向かって加圧することで電極に絶縁体を当接させる圧力付与手段とを有し、絶縁体と電極との接触帯電または剥離帯電により発電して信号として出力することを特徴としている。 The sensor according to the present invention includes an electrode, an insulator disposed at a position facing the electrode, a pressure receiving portion provided on a surface of the insulator opposite to the electrode, and an insulator at a position different from the pressure receiving portion. Pressure applying means for contacting the insulator with the electrode by pressurizing a part of the electrode toward the electrode, and generating power by contact charging or peeling charging between the insulator and the electrode to output as a signal It is said.
本発明によれば、センサの出力の立ち上がりを向上することができる。 According to the present invention, the rising of the output of the sensor can be improved.
以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。実施形態において、同一機能や同一構成を有するものには同一の符号を付し、重複説明は適宜省略する。図面は一部構成の理解を助けるために部分的に省略する場合もある。
図1、図2に示すように、本発明の実施形態に係るセンサシステム100は、センサ1と、信号処理部4を備えている。センサ1は、電極12と、電極12と対向した位置に離間して配置された絶縁体11と、絶縁体11における電極12からの反対面11b側に設けられた受圧部10と、受圧部10と異なる位置で絶縁体11の一部を電極12に向かって加圧することで電極12に絶縁体11を当接させる圧力付与手段3を備えている。センサ1は、絶縁体11が電極12との接触帯電または剥離帯電により発電して信号として出力するものである。本実施形態では、少なくとも電極12と絶縁体11を積層して素子2を構成し、素子2を信号出力部としている。本実施形態において、センサ1は、接触状態や剥離状態(離間状態)を検出する際に用いる接触剥離センサとして用いる。センサ1の用途としては、接触離間センサ以外に用いる形態であってもよい。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiment, components having the same function and the same configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. The drawings may be partially omitted to facilitate understanding of the configuration.
As shown in FIGS. 1 and 2, a
ここで、従来のセンサの放置時間と出力の関係を図11に示す。図11において、横軸は放置時間〔hr〕を示し、縦軸は信号値減衰率〔%〕を示す。従来構成のセンサの場合、放置時間〔hr〕が長いほど出力値が減少することがわかる。センサとして用いる場合、素子2を備えた従来の構成のセンサは、初回使用前または放置時間が長い(所定時間以上)の場合、絶縁体11の表面の電荷が電極12を接触させても信号を検出できないほど少ない状態となる特性を備えている。このため、センサ出力の立ち上がりが不安定となることから、センサ立ち上がりの点で改善の余地がある。また、本実施形態において、このような検出に必要な出力を出せない状態を、初期状態と呼ぶこととする。
Here, FIG. 11 shows the relationship between the standing time and output of the conventional sensor. In FIG. 11, the horizontal axis represents the standing time [hr], and the vertical axis represents the signal value attenuation rate [%]. In the case of a sensor having a conventional configuration, it can be seen that the output value decreases as the leaving time [hr] increases. When used as a sensor, a sensor having a conventional configuration including the
このように初期状態での不具合を改善して向上するために、本実施形態に係るセンサ1は、図1に示すように、受圧部10と異なる位置16cで絶縁体11を電極12に向かって加圧することで電極12に当接させる圧力付与手段3を備えている。
本実施形態において、素子2は、絶縁体11、電極12、空間13、スペーサ14及びカバー15(ケースとも言う)等の構成部材を備えている。素子2の構成としては、更に必要に応じてその他の部材を備えるようにしてもよい。絶縁体11、電極12及び空間13及びスペーサ14は、カバー15に内包されている。
本実施形態において、電極12は、有底状のカバー15の内部に収納されている。空間13は、電極12上に絶縁性を有するスペーサ14を配置し、絶縁体11が装着されたカバー15の蓋部16をスペーサ14で支持することで形成されている。スペーサ14は、必要に応じて設ければよく、例えば図7に示すように、蓋部16をカバー15の開口縁部15a上に配置して同開口縁部15aで支持すれば、設置しなくてもよい。
本実施形態において、蓋16は、可撓性を有し、圧力を受けることで変形可能とされている。絶縁体11も同様に可撓性を有し、蓋16の空間13側に位置する面となる内面16aに反対面11bを接触させて装着されている。空間13は、蓋16をスペーサ14に装着した状態で密閉された空間として構成される。このため、蓋16とスペーサ14との当接部にはシール部材を配置するのが好ましい。
Thus, in order to improve and improve the problem in the initial state, the
In the present embodiment, the
In the present embodiment, the
In the present embodiment, the
本実施形態において、受圧部10は接触検知部であって、蓋16の外面16bに設けられており、絶縁体11とは蓋16を介して対向する位置関係とされている。ここでは、受圧部10を蓋16に設けて素子2と一体的に構成しているが、蓋16の外面16bに対して隙間を開けて配置し、素子2と別体の構成としてもよい。受圧部10は、図1において電極12と絶縁体11が接触しうる部分であり、圧力付与手段3により電極12と絶縁体11が接触する部分16cとは別の領域に設けられている。初期状態以外における人または物体の接触剥離は、受圧部10に対する接触状態と剥離状態から検出する。
圧力付与手段3は、受圧部10とずらして、蓋16の外側に配置され、蓋16を電極12に向かって押し付けることで、非加圧時には離間状態とされている絶縁体11と電極12とを接触状態とするものである。圧力付与手段3は、例えば、蓋16の外面16bに当接可能に配置された重りなどの可動体と、可動体を保持する電磁アクチュエータを備えている。可動体は、電磁アクチュエータがオフ状態のときには絶縁体11を電極12から離間した状態とする状態に保持され、電磁アクチュエータがオン〔作動〕すると、図4に示すように、自重で落下して、蓋16を介して絶縁体11を電極12に向かって変形させて絶縁体11と電極12(より詳しくは表面12a)とを接触状態とするように移動する。
In the present embodiment, the
The
信号処理部4は、図1に示すように、素子2(センサ1)の電極12と信号線を介して接続され、電極12から出力される信号〔例えば出力〕に応じて接触/剥離の判定を行なう機能を備えている。例えば、素子2の電極12から出力される電圧(出力電圧V)と閾値V1、V2とから接触、剥離の判定を実施する形態が挙げられる。信号処理部4は、経過時間Hが所定時間H1を超える場合には加圧付与手段3を作動する機能を備えている。
すなわち、信号処理部4は、図2に示すように、中央演算部であるCPU41、記憶部であるRAM42とROM43および時間計測部であるタイマ44を備えている。ROM43には、接触、剥離の判定する際の閾値V1、V2と、センサ1が初期状態であるか否かを判定するのに用いる判定値として所定時間H1が予め記憶されている。閾値V1はセンサ1が初期状態であるか否かを判定するのに用いる判定値としても用いることができる。
CPU41は、電極12(センサ1)からの出力電圧Vがあってから次の出力電圧Vが出力されるまでの経過時間Hをタイマ44で計測する機能を備えている。CPU41は、電極12からの出力電圧Vと閾値V1とに基づき接触の判定を行う機能と、出力電圧Vと閾値V2とに基づき剥離判定を行なう機能と、タイマ44で計測される経過時間Hと所定時間H1とに基づき、加圧付与手段3の作動〔電磁アクチュエータのオン/オフ〕を制御する機能を備えている。
As shown in FIG. 1, the
That is, as shown in FIG. 2, the
The
このような構成のセンサシステム100の制御内容について、図3に示すフローチャートに沿って説明する。
センサシステム100は、ステップST1において、初期状態であるか否かを、例えば前回のセンサ作動からの経過時間Hと所定時間H1とから信号処理部4で判定する。信号処理部4は、センサ1からの出力電圧Vがなくなってからの経過時間Hをタイマ44で計測する。信号処理部4は、経過時間Hが所定時間H1を超えている場合には、素子2(センサ1)からの出力電圧Vが低く、接触/離間を判定不能な出力レベルと見做してステップST2に進み、経過時間Hが所定時間H1を超えていない場合には接触/離間を判定可能な出力レベルと見做してステップST3に進む。
The control contents of the
In step ST1, the
信号処理部4は、ステップST2において圧力付与手段3を作動し、ステップST3に進む。ステップST2では、例えば電磁アクチュエータが作動され、可動体を自重で落下させることで、図4に示すように絶縁体11を変形させて電極12の表面12aと電極12の表面12aとの対向面11aとが接触状態とする。この状態で、人または物体が受圧部10に接触して加圧されて絶縁体11が電極12に向かって変形すると、空間13の内部圧力が上昇するする。これにより、可動体によって電極12の表面12aと接触状態されている絶縁体11が、図5に示すように、電極12の表面12aから離間する方向に可動体と一緒に押し上げられる。この結果、電極12の表面12aから絶縁体11が離間し、その時の剥離帯電により生じる電荷が電極12に通電され、出力電圧Vとして出力される。
一方、信号処理部4は、ステップST1において、経過時間Hが所定時間H1を超えていていない場合には、接触/離間を判定可能な出力レベルと見做し、ステップST3に進む。
The
On the other hand, if the elapsed time H does not exceed the predetermined time H1 in step ST1, the
信号制御部4は、ステップST3において、受圧部10が加圧されたか否かを判定する。ここでは、人または物体が受圧部10に接触して加圧された場合、図6に示すように、絶縁体11が電極12に接触する方向に変形して電極12の表面12aと対向面11aとが接触する。このとき、素子21は初期状態でないので、絶縁体11の対向面11aに残っていた電荷が電極12に移動し、センサ出力(出力電圧V)として信号処理部4に出力される。信号処理部4では、出力電圧と閾値V1と比較して、出力電圧と閾値Vを超える場合には接触状態と判定する。
人または物体が受圧部10から剥離した場合、図1に示すように電極12の表面12aから絶縁体11が離間し、その時の剥離帯電により生じる電荷が電極12に通電され、センサ出力(出力電圧V)として信号処理部4に出力される。信号処理部4では出力電圧と閾値V2とを比較し、出力電圧Vが閾値V2を超える場合には剥離状態と判定する。つまり、信号処理部4は、閾値V1,V2を超える出力電圧Vがある場合、接離状態と離間状態であることを検知することができる。
In step ST3, the
When a person or an object is peeled off from the
このように圧力付与手段3で絶縁体11の一部である対向面11aが電極12の表面12aに部分的に接触状態とされるので、受圧部10で圧力を受けて絶縁体11が電極12に向かって変形すると、電極12に接触している絶縁体11の対向面11aが電極12の表面12aから離間されて剥離放電が発生し、センサ1からの初期の出力の立ち上がりを向上することができる。
また、素子2は人または物体の接触により、または圧力付与手段3により蓋16を介して絶縁体11に圧力が付与されて空間13内の圧力が上昇した場合にも、絶縁体11やスペーサ14の弾性変形等により素子2が壊れることはない。
In this manner, the opposing
In addition, the
上記実施形態では、センサ1が初期状態であるか否かの判定を、経過時間Hと所定時間H1との比較で行っているが、出力電圧Vと判定値としての任意の閾値を比較して、出力電圧V<閾値の場合には、素子2(センサ1)からの出力電圧Vが低く、接触/離間を判定不能な出力レベルと見做すように判断するようにしてもよい。この場合の任意の閾値(判定値)は、例えば閾値V1又は閾値V2を用いてもよい。
In the above embodiment, whether or not the
次に、素子2を構成する部材の詳細について説明する。
<絶縁体11>
絶縁体11は、材質は特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。ただし、電極12との剥離時の帯電性が良好なものが出力信号のS/N向上のためには好ましい。また、人または物体の接触による耐久性、変形性を考慮すると、ゴム材料が好ましい。例えばシリコーンゴムを含有するシリコーンゴム組成物からなる。
−シリコーンゴム−
シリコーンゴムとしては、オルガノポリシロキサン結合を有するゴムであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
シリコーンゴムとしては、例えば、ジメチルシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム、変性シリコーンゴム(例えば、アクリル変性シリコーンゴム、アルキッド変性シリコーンゴム、エステル変性シリコーンゴム、エポキシ変性シリコーンゴム等)などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
シリコーンゴムとしては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。市販品としては、例えば、IVS4312、TSE3033、XE14−C2042(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)、KE−1935(信越化学工業株式会社製)、DY35−2083(東レ・ダウコーニング株式会社製)などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
Next, details of members constituting the
<
The material of the
-Silicone rubber-
The silicone rubber is not particularly limited as long as it has an organopolysiloxane bond, and can be appropriately selected depending on the purpose.
Examples of the silicone rubber include dimethyl silicone rubber, methylphenyl silicone rubber, modified silicone rubber (for example, acrylic modified silicone rubber, alkyd modified silicone rubber, ester modified silicone rubber, epoxy modified silicone rubber, etc.). These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
As silicone rubber, what was synthesize | combined suitably may be used and a commercial item may be used. Examples of commercially available products include IVS4312, TSE3033, XE14-C2042 (made by Momentive Performance Materials Japan GK), KE-1935 (made by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), DY35-2083 (Toray Dow Corning Co., Ltd.). Manufactured). These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
−シリコーンゴム組成物の調製−
シリコーンゴム組成物は、シリコーンゴム及びフィラー、更に必要に応じてその他の成分を混合し、混錬分散することにより調製することができる。
−シリコーンゴムの形成方法−
シリコーンゴムの形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記シリコーンゴム組成物を、基材上にブレード塗装、ダイ塗装、ディップ塗装などで塗布し、その後、熱や電子線などで硬化する方法が挙げられる。
シリコーンゴムは、単層であっても複層であってもよい。
シリコーンゴムの平均厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、機械的強度や柔軟性を考慮すると1μm〜10mmが好ましく、20μm〜200μmがより好ましい。
シリコーンゴムの電気特性としては、108Ωcm以上の体積抵抗率を持つことが好ましく、1010Ωcm以上の体積抵抗率を持つことがより好ましい。前記絶縁体の体積抵抗率を好ましい数値範囲とすることにより、放置時間が長い場合でも電荷が前期シリコーンゴム上に残存しやすい。
-Preparation of silicone rubber composition-
The silicone rubber composition can be prepared by mixing and kneading and dispersing silicone rubber and filler, and other components as necessary.
-Method for forming silicone rubber-
The method for forming the silicone rubber is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.For example, the silicone rubber composition is applied on a substrate by blade coating, die coating, dip coating, or the like. Then, the method of hardening with a heat | fever, an electron beam, etc. is mentioned.
The silicone rubber may be a single layer or multiple layers.
The average thickness of the silicone rubber is not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose. However, in consideration of mechanical strength and flexibility, 1 μm to 10 mm is preferable, and 20 μm to 200 μm is more preferable.
As electrical characteristics of the silicone rubber, it is preferable to have a volume resistivity of 108 Ωcm or more, and more preferable to have a volume resistivity of 1010 Ωcm or more. By setting the volume resistivity of the insulator in a preferable numerical range, electric charges are likely to remain on the silicone rubber in the previous period even when the standing time is long.
−絶縁体11の表面改質処理−
絶縁体11は、帯電性向上の点から表面改質処理を行うことが好ましい。
表面改質処理としては、ある程度の照射エネルギーを有し、材料を改質し得るものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、プラズマ処理、コロナ放電処理、電子線照射処理、紫外線照射処理、オゾン処理、放射線(X線、α線、β線、γ線、中性子線)照射処理などが挙げられる。これらの中でも、処理スピードの点から、プラズマ処理、コロナ放電処理、電子線照射処理が好ましい。
−−プラズマ処理−−
プラズマ処理の場合、プラズマ発生装置としては、例えば、平行平板型、容量結合型、誘導結合型のほか、大気圧プラズマ装置でも可能である。耐久性の観点から、減圧プラズマ処理が好ましい。
プラズマ処理における反応圧力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.05Pa〜100Paが好ましく、1Pa〜20Paがより好ましい。
プラズマ処理における反応雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、不活性ガス、希ガス、酸素などのガスが有効である。
プラズマ処理における照射電力量は、(出力×照射時間)により規定される。前記照射電力量としては、5Wh〜200Whが好ましく、10Wh〜50Whがより好ましい。照射電力量が、好ましい範囲内であると、絶縁体11の帯電性を向上でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。
−−コロナ放電処理−−
コロナ放電処理における印加エネルギー(積算エネルギー)としては、6J/cm2〜300J/cm2が好ましく、12J/cm2〜60J/cm2がより好ましい。印加エネルギーが、好ましい範囲内であると、良好な帯電性能及び耐久性を達成できる。
コロナ放電処理における印加電圧は、50V〜150Vが好ましく、100Vがより好ましい。前記コロナ放電処理の反応雰囲気としては、空気が好ましい。
−−電子線照射処理−−
電子線照射処理における照射量としては、1kGy以上が好ましく、300kGy〜10MGyがより好ましい。照射量が、好ましい範囲内であると、絶縁体11の帯電性を向上でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。
電子線照射処理における反応雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Surface modification treatment of insulator 11-
The
The surface modification treatment is not particularly limited as long as it has a certain irradiation energy and can modify the material, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, plasma treatment, corona discharge treatment, Examples thereof include electron beam irradiation treatment, ultraviolet irradiation treatment, ozone treatment, and radiation (X-ray, α-ray, β-ray, γ-ray, neutron beam) irradiation treatment. Among these, plasma treatment, corona discharge treatment, and electron beam irradiation treatment are preferable from the viewpoint of treatment speed.
--- Plasma treatment--
In the case of plasma processing, as the plasma generator, for example, a parallel plate type, a capacitive coupling type, an inductive coupling type, or an atmospheric pressure plasma apparatus can be used. From the viewpoint of durability, reduced pressure plasma treatment is preferred.
There is no restriction | limiting in particular as reaction pressure in a plasma processing, Although it can select suitably according to the objective, 0.05 Pa-100 Pa are preferable and 1 Pa-20 Pa are more preferable.
There is no restriction | limiting in particular as reaction atmosphere in a plasma process, According to the objective, it can select suitably, For example, gases, such as an inert gas, a noble gas, and oxygen, are effective.
The irradiation power amount in the plasma processing is defined by (output × irradiation time). The irradiation power amount is preferably 5 Wh to 200 Wh, and more preferably 10 Wh to 50 Wh. When the irradiation power amount is within the preferable range, the charging property of the
--- Corona discharge treatment ---
The applied energy (integrated energy) in the corona discharge treatment is preferably 6 J /
The applied voltage in the corona discharge treatment is preferably 50V to 150V, and more preferably 100V. The reaction atmosphere for the corona discharge treatment is preferably air.
-Electron beam irradiation treatment-
The dose in the electron beam irradiation treatment is preferably 1 kGy or more, and more preferably 300 kGy to 10 MGy. When the irradiation amount is within the preferable range, the chargeability of the
There is no restriction | limiting in particular as reaction atmosphere in an electron beam irradiation process, According to the objective, it can select suitably.
−−紫外線照射処理−−
前記紫外線照射処理における紫外線としては、波長365nm以下で200nm以上が好ましく、波長320nm以下で240nm以上がより好ましい。
前記紫外線照射処理における積算光量としては、5J/cm2〜500J/cm2が好ましく、50J/cm2〜400J/cm2がより好ましい。前記積算光量が、好ましい範囲内であると、前記絶縁体の帯電性を向上でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。
紫外線照射処理における反応雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
--- UV irradiation treatment ---
The ultraviolet ray in the ultraviolet irradiation treatment is preferably 200 nm or more at a wavelength of 365 nm or less, and more preferably 240 nm or more at a wavelength of 320 nm or less.
The integrated light quantity in the ultraviolet irradiation treatment is preferably 5 J /
There is no restriction | limiting in particular as reaction atmosphere in an ultraviolet irradiation process, According to the objective, it can select suitably.
<電極について>
電極12の材質、形状、大きさ、及び構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
電極12の材質としては、例えば、金属、炭素系導電材料、導電性ゴム組成物などが挙げられる。
金属としては、例えば、金、銀、銅、鉄、アルミニウム、ステンレス、タンタル、ニッケル、リン青銅などが挙げられる。
炭素系導電材料としては、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンナノチューブなどが挙げられる。
導電性ゴム組成物としては、例えば、導電性フィラーと、ゴムとを含有する組成物などが挙げられる。
導電性フィラーとしては、例えば、炭素材料(例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンファイバー(CF)、カーボンナノファイバー(CNF)、カーボンナノチューブ(CNT)等)、金属フィラー(例えば、金、銀、白金、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル等)、導電性高分子材料(例えば、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、及びポリパラフェニレンビニレンのいずれかの誘導体、または、これら誘導体にアニオン若しくはカチオンに代表されるドーパントを添加したもの等)、イオン性液体などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、変性シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ポリサルファイドゴム、ウレタンゴム、イソブチルゴム、フロロシリコーンゴム、エチレンゴム、天然ゴム(ラテックス)などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
<About electrodes>
There is no restriction | limiting in particular as a material, a shape, a magnitude | size, and a structure of the
Examples of the material of the
Examples of the metal include gold, silver, copper, iron, aluminum, stainless steel, tantalum, nickel, phosphor bronze and the like.
Examples of the carbon-based conductive material include graphite, carbon fiber, and carbon nanotube.
Examples of the conductive rubber composition include a composition containing a conductive filler and rubber.
Examples of the conductive filler include carbon materials (eg, ketjen black, acetylene black, graphite, carbon fiber, carbon fiber (CF), carbon nanofiber (CNF), carbon nanotube (CNT), etc.), metal filler (eg, , Gold, silver, platinum, copper, iron, aluminum, nickel, etc.), conductive polymer materials (eg, polythiophene, polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polyparaphenylene, and polyparaphenylene vinylene derivatives, or These derivatives are added with a dopant typified by an anion or a cation), ionic liquids, and the like. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
Examples of the rubber include silicone rubber, modified silicone rubber, acrylic rubber, chloroprene rubber, polysulfide rubber, urethane rubber, isobutyl rubber, fluorosilicone rubber, ethylene rubber, and natural rubber (latex). These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
電極12の形態としては、例えば、シート、フィルム、薄膜、織布、不織布、メッシュ、スポンジなどが挙げられる。なお、繊維状の前記炭素材料が重なって形成された不織布であってもよい。
電極12の形状としては、特に制限はなく、素子2(センサ1)の形状に応じて適宜選択することができる。
電極12の大きさとしては、特に制限はなく、素子2(センサ1)の大きさに応じて適宜選択することができる。
電極12の平均厚みは、素子2(センサ1)の構造に応じて適宜選択することができるが、導電性及び可撓性の点から、0.01μm〜1mmが好ましく、0.1μm〜500μmがより好ましい。平均厚みが、0.01μm以上であると、機械的強度が適正であり、導電性が向上する。
Examples of the form of the
There is no restriction | limiting in particular as a shape of the
There is no restriction | limiting in particular as a magnitude | size of the
The average thickness of the
<空間について>
空間13に存在する流体は特に限定はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、空気等の気体が好ましい。
<About space>
The fluid present in the
<スペーサについて>
スペーサ14としては、その材質、形態、形状、大きさなどについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
スペーサ14の材質としては、例えば、高分子材料、ゴム、金属、導電性高分子材料、導電性ゴム組成物などが挙げられる。
高分子材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。
ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、変性シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ポリサルファイドゴム、ウレタンゴム、イソブチルゴム、フロロシリコーンゴム、エチレンゴム、天然ゴム(ラテックス)などが挙げられる。
金属としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ステンレス、タンタル、ニッケル、リン青銅などが挙げられる。
導電性高分子材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリンなどが挙げられる。
導電性ゴム組成物としては、例えば、導電性フィラーとゴムとを含有する組成物などが挙げられる。前記導電性フィラーとしては、例えば、炭素材料(例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等)、金属(例えば、金、銀、白金、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル等)、導電性高分子材料(例えば、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、及びポリパラフェニレンビニレンのいずれかの誘導体、または、これら誘導体にアニオン若しくはカチオンに代表されるドーパントを添加したもの等)、イオン性液体などが挙げられる。
ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、変性シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ポリサルファイドゴム、ウレタンゴム、イソブチルゴム、フロロシリコーンゴム、エチレンゴム、天然ゴム(ラテックス)などが挙げられる。
前記スペーサの形態としては、例えば、シート、フィルム、織布、不織布、メッシュ、スポンジなどが挙げられる。
スペーサの形状、大きさ、厚み、設置場所は、素子2(センサ1)の構造に応じて適宜選択することができる。
<About spacer>
There is no restriction | limiting in particular about the material, a form, a shape, a magnitude | size, etc. as the
Examples of the material of the
Examples of the polymer material include polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polyimide resin, fluorine resin, and acrylic resin.
Examples of the rubber include silicone rubber, modified silicone rubber, acrylic rubber, chloroprene rubber, polysulfide rubber, urethane rubber, isobutyl rubber, fluorosilicone rubber, ethylene rubber, and natural rubber (latex).
Examples of the metal include gold, silver, copper, aluminum, stainless steel, tantalum, nickel, and phosphor bronze.
Examples of the conductive polymer material include polythiophene, polyacetylene, polyaniline, and the like.
Examples of the conductive rubber composition include a composition containing a conductive filler and rubber. Examples of the conductive filler include carbon materials (eg, ketjen black, acetylene black, graphite, carbon fiber, carbon fiber, carbon nanofiber, carbon nanotube, etc.), metal (eg, gold, silver, platinum, copper, Iron, aluminum, nickel, etc.), conductive polymer materials (eg, polythiophene, polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polyparaphenylene, and polyparaphenylene vinylene derivatives, or these derivatives represented by anions or cations) And the like, and ionic liquids.
Examples of the rubber include silicone rubber, modified silicone rubber, acrylic rubber, chloroprene rubber, polysulfide rubber, urethane rubber, isobutyl rubber, fluorosilicone rubber, ethylene rubber, and natural rubber (latex).
Examples of the form of the spacer include a sheet, a film, a woven fabric, a nonwoven fabric, a mesh, and a sponge.
The shape, size, thickness, and installation location of the spacer can be appropriately selected according to the structure of the element 2 (sensor 1).
<カバーと蓋について>
カバー15及び蓋16としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
カバー15及び蓋16の材質としては、例えば、高分子材料、ゴムなどが挙げられる。高分子材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、変性シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ポリサルファイドゴム、ウレタンゴム、イソブチルゴム、フロロシリコーンゴム、エチレンゴム、天然ゴム(ラテックス)などが挙げられる。
カバー15及び蓋16の構成、形状、大きさ、厚みなどについては、特に制限はなく、装置に応じて適宜選択することができる。
<About cover and lid>
There is no restriction | limiting in particular as the
Examples of the material of the
There is no restriction | limiting in particular about the structure of the
<圧力付与手段について>
圧力付与手段3は、受圧部10(接触検知部)以外の部分(受圧部10と異なる位置16C)の絶縁体11と電極16とを接触状態にすることができればよく、特に制限されない。例えば以下のものが挙げられる。
・圧力付与部として可動体となるおもりを設置してもよい。
・電極12と絶縁体11(素子2)をクリップ状の構造体で積層方向から挟み込むようにしてもよい。ただし、圧力付与手段3によって付与される圧力は、電極12と絶縁体11を所望の領域のみ接触状態にできる圧力以上で、受圧部10に人または物体が接触した際に生じる空間13の内部の圧力上昇により絶縁体11が電極12から剥離される程度以下の圧力でなければならない。
・ばね状の構造体を絶縁体11とカバー15(蓋16)の間に配置してもよい。
・一端におもりを配置した揺動可能なアーム状(シーソー状)の構造体をカバー15や蓋16に配置してもよい
・熱や光に応じて膨張する材料を絶縁体11とカバー15(蓋16)の間に配置してもよい。
・磁石(電磁石も含む)を絶縁体11とカバー15(蓋16)の間に配置してもよい。
・圧縮した気体を絶縁体11とカバー15(蓋16)の間に配置してもよい。
・空気吸引機を配置して、受圧部10と異なる位置16Cを吸引するようにしてもよい。
<About pressure applying means>
The
-You may install the weight used as a movable body as a pressure provision part.
The
A spring-like structure may be disposed between the
A swingable arm-like (seesaw-like) structure having a weight at one end may be arranged on the
A magnet (including an electromagnet) may be disposed between the
The compressed gas may be disposed between the
An air suction device may be arranged to suck the position 16C different from the
<信号処理部について>
信号処理部4は、上述したように、素子2の電極12と接続され、出力される信号に応じて接触剥離の判定を行なう。図8は、センサ1が初期状態でない場合(正常な場合)において接触と剥離の動作によって出力される電圧の波形を示す。図8中のAが接触時に現れる波形で、Bが剥離時に現れる波形である。このような波形A、Bの最大値(電圧)を試験などでセンサ1ごと予め求めておき、信号処理部4を構成するROM43に閾値A、Bとして記憶し、CPU41で出力電圧Vと、ROM43に記憶された各閾値とを図5のステップST3において比較して、接触/剥離の状態を判定する。信号の正負は、例えば、電極12と絶縁体11の組み合わせや、表面処理、回路の接続等により変更可能である。
<About the signal processor>
As described above, the
<その他の部材について>
その他の部材としては、例えば、電線、電気回路などが挙げられる。
−電線−
電線としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
電線の材質としては、例えば、金属、合金などが挙げられる。前記金属としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルなどが挙げられる。
電線の構成、形状、太さなどについては、特に制限はなく、装置に応じて適宜選択することができる。
−電気回路−
電気回路としては、例えば、素子2で発生した電荷を電力として取り出す回路であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
電気回路としては、例えば、整流回路、オシロスコープ、電圧計、電流計、蓄電回路、LED、各種センサ(超音波センサ、圧力センサ、触覚センサ、歪みセンサ、加速度センサ、衝撃センサ、振動センサ、感圧センサ、電界センサ、音圧センサなど)などが挙げられる。
なお、上述した実施形態におけるセンサシステム1の構成は一例であり、用途や目的に応じて様々なシステム構成例があることは言うまでもない。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。また、上述した各実施形態の一部または全部を組み合わせることも可能である。
<About other members>
Examples of other members include electric wires and electric circuits.
-Electric wire-
There is no restriction | limiting in particular as an electric wire, According to the objective, it can select suitably.
Examples of the material of the electric wire include metals and alloys. Examples of the metal include gold, silver, copper, aluminum, and nickel.
There is no restriction | limiting in particular about the structure of an electric wire, a shape, thickness, etc., It can select suitably according to an apparatus.
-Electric circuit-
The electric circuit is not particularly limited as long as it is a circuit that takes out the electric charge generated in the
Examples of the electric circuit include a rectifier circuit, an oscilloscope, a voltmeter, an ammeter, a storage circuit, an LED, and various sensors (ultrasonic sensor, pressure sensor, tactile sensor, strain sensor, acceleration sensor, impact sensor, vibration sensor, pressure sensor) Sensor, electric field sensor, sound pressure sensor, etc.).
In addition, it cannot be overemphasized that the structure of the
Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications, within the scope of the gist of the present invention described in the claims, It can be changed. Moreover, it is also possible to combine a part or all of each embodiment mentioned above.
上述の実施形態によりセンサ1の初期状態での接触が検知できる理由について説明する。
例えばセンサ1(センサユニットとも言う)の使用が終了し、次回の人または物体の接触までに初期状態になると考えられる場合、図4に示すように圧力付与手段3により絶縁体11の対向面11aと電極12の表面12aの一部とが部分接触状態にする。この状態において素子2の受圧部10に人または物体が接触すると、絶縁体11とカバー15の蓋16、場合によってはカバー15も変形する。また、素子2の空間13の内部の流体はカバー15で密閉されているため、蓋16の変形によって、圧力が増加し、圧力付与手段3によりおよそ接触状態にあった部分の電極12と絶縁体11が剥離する。この剥離により生じた電荷を、電極12を介して信号処理部4に出力することで、センサ1の初期状態での接触を検知可能となる。
The reason why contact in the initial state of the
For example, when it is considered that the use of the sensor 1 (also referred to as a sensor unit) is finished and the initial state is reached until the next contact with a person or object, the opposing
(実施例1)
<素子2の作製>
PETフィルム上にシリコーンゴム(信越化学工業株式会社製、KE−1935)を塗布し、予備加熱60度5分、1時焼成120℃10分加熱硬化させて、厚み約100umのゴム成型し、20cm×15cmにカットしたもの作成した。更に、上記ゴムに表面改質処理を施してPETフィルムから剥がして絶縁体を構成した。
表面改質処理として、以下の条件でプラズマ処理(処理条件;ヤマト科学株式会社製、PR−510、出力300W、処理時間3分間、反応雰囲気:酸素)を施した。
電極12としては、布電極Sui−10−70 厚さ110um(セーレン株式会社製)を19cm×14cmにしたものを用いた。
スペーサ14(東レ株式会社製、U34ルミラー#50、厚み50μm)を上記シリコーンゴムと電極12の間に両面テープ(太陽金網株式会社製、TRAN−SIL NT−1001、厚さ50μm)で固定した。
電極12を引き出しオシロスコープ(LeCroy株式会社製)に接続した。
カバー15及び蓋16は、PETラミネートフィルム 厚さ75um(フェローズ株式会社)を22cm×17cmにカットしたものを用いた。
初期状態にある上記素子2に、可動体(圧力付与部)となるおもりで約2kPa(面積:144cm^2、重さ:2.77kg)の圧力を印加し、その後、圧力付与部分以外の面(受圧部10)へ人による接触動作を行なった。
Example 1
<Preparation of
Silicone rubber (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KE-1935) is coated on a PET film, preheated at 60 ° C. for 5 minutes, and heated and cured at 120 ° C. for 10 minutes to form a rubber having a thickness of about 100 μm. A piece cut to 15 cm was prepared. Further, the rubber was subjected to a surface modification treatment and peeled off from the PET film to constitute an insulator.
As surface modification treatment, plasma treatment (treatment condition: manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., PR-510, output 300 W, treatment time: 3 minutes, reaction atmosphere: oxygen) was performed.
As the
A spacer 14 (Toray Industries, Inc.,
The
As the
A pressure of about 2 kPa (area: 144 cm ^ 2, weight: 2.77 kg) is applied to the
(比較例1)
実施例1の構成において、おもりで圧力を付与しない状態で、初期状態にある素子2の受圧部10に対して人による接離動作を行なった。
(Comparative Example 1)
In the configuration of Example 1, the contact / separation operation by a person was performed on the
図9は、実施例1において受圧部10に人が接触した場合のセンサ1からの出力の計測結果を示し、図10は、比較例1おいて受圧部10に人が接触した場合のセンサからの出力の計測結果を示す。図9、図10において、縦軸は出力である電圧(V)を示し、横軸は時間(S)を示す。図9の実施例1では人が接触した際に電圧が立ち上がり接触を検出しているが、比較例1では、電圧の立ち上がりはなく、接触を検出できていない。
実施例1と比較例1の結果から明らかなように、絶縁体11の対向面11aの電荷が低下している初期状態においては、検出対象がセンサ1に接触する前に、予め絶縁体11の一部と電極12とを接触させておくことで、検出対象がセンサ1に最初に接触したことp@\\\\\を検出することができる。
FIG. 9 shows the measurement result of the output from the
As is clear from the results of Example 1 and Comparative Example 1, in the initial state where the charge on the facing
以上本発明の好ましい実施の形態と実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態や実施例に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
The preferred embodiments and examples of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to such specific embodiments and examples, and is not limited to the above description. Various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in.
The effects described in the embodiments of the present invention are only the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not.
1 センサユニット
2 素子
3 圧力付与手段
4 信号処理部
10 受圧部
11 絶縁体
11a 絶縁体の一部
11b 絶縁体の反対面
12 電極
13 空間
14 スペーサ
15 カバー
16c 受圧部と異なる位置
H、V1、V2 判定値
V 信号
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記電極と対向した位置に離間して配置された絶縁体と、
前記絶縁体における前記電極からの反対面に設けられた受圧部と、
前記受圧部と異なる位置で前記絶縁体の一部を前記電極に向かって加圧することで前記電極に前記絶縁体を当接させる圧力付与手段と、を有し、
前記絶縁体が前記電極との接触帯電または剥離帯電により発電して信号として出力するセンサ。 Electrodes,
An insulator disposed at a position facing the electrode and spaced apart;
A pressure receiving portion provided on an opposite surface from the electrode in the insulator;
Pressure applying means for bringing the insulator into contact with the electrode by pressurizing a part of the insulator toward the electrode at a position different from the pressure receiving portion;
A sensor in which the insulator generates power by contact charging or peeling charging with the electrode and outputs the signal.
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